音響解析とは

音響解析の対象分野や解析手法、現状の問題点や求められるニーズについて解説しています。

音響解析のニーズと対象分野

音響解析には、以下のような開発分野、解析対象分野があります。

自動車産業 車室内騒音解析
航空宇宙産業 エンジンからの放射音
造船産業 水中における音響解析
オーディオ/家電産業 家電からの騒音解析
建築/土木産業 遮音壁、コンサートホール

これらの各開発分野から騒音抑制、開発期間・コストの削減などの要求があり、この要求を満たすために数値シミュレーションの必要性・需要が高まっています。

音響解析の手法

音のモデル化

音、振動に関連する挙動のモデル化方法により、様々な手法が存在します。

解析手法

音響解析手法としては、主に以下の3種類があります。

経験で捉える

エネルギーとして捉える

  • 統計的手法
  • 幾何学的解析手法

波として捉える（波動的解析手法）

  • 差分法（FDM）
  • 有限要素法（FEM）
  • 境界要素法（BEM） ⇒ WAONの手法！

解析モデル規模

要素数・節点数を決定する要素サイズは解析上限周波数の波長から定まります。 一般的にFEMやBEMでは、1波長を6分割する要素サイズが必要であるとされています。

音響解析の現状と問題点

境界要素法（BEM）は解析する場の境界部分を有限個の要素に離散化して、場の任意点における物理量を算出します。 よって、下記のような目的の解析を実施する場合にBEMは効果的です。

  • 振動する構造物からの放射音特性
  • それらが特定の構造物に取り囲まれた際の放射音に関する周波数特性

また、BEMは有限要素法（FEM）と比較して、モデルの境界部分のみをモデル化する手法であるため、解析に必要な要素分割作業が容易であるという利点があります。

しかし、BEMは全体マトリクスを生成するため、離散化されたモデルの特定の点と全要素の関係を計算しなければなりません。
従来のBEMでは、一般的なPC環境（1CPU、2GB主メモリ）下で15,000要素前後を扱うことが限界です。この場合は、小規模モデルかつ低周波数領域に限定されてしまいます。

近年の音響解析に対する要求

そこで、近年は音響解析の現場エンジニアから、次のような要求が数多く寄せられています。

  • 「音の発生・伝播現象を把握するため、波動論的アプローチで正確にシミュレーションしたい」
  • 「大規模モデル、高周波数領域をシミュレーションしたい」
  • 「環境騒音問題へ適用したい、可聴域をカバーしたい」
  • 「シミュレーションに要するコストと時間を短縮したい」
  • 「メッシュ分割数や積分点数を増やし、より高精度の計算を行いたい」

WAONはこれらの要求にお応えします。
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